«Тағам инженериясы және биотехнология», «Химиялық технология», "Техникалық физика және Жылу энергетикасы" және «Автоматтандыру және ақпараттық технологиялар» бағыттары бойынша үшінші нөмірге жарияланымдар қабылдау жабылды!

Прием публикаций на третий номер по направлениям «Пищевая инженерия и биотехнология», «Химическая технология», «Техническая физика и теплоэнергетика» и «Автоматизация и информационные технологии» закрыт!

Submissions for the third issue in the fields of “Food Engineering and Biotechnology”, “Chemical Technology”, "Technical physics and thermal power engineering" and “Automation and Information Technologies” are closed!

Preview

Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки

Расширенный поиск

ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ WN/ZrN КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ВАКУУМНОГО ДУГОВОГО ОСАЖДЕНИЯ

https://doi.org/10.53360/2788-7995-2024-2(14)-56

Аннотация

Из-за возросших требований к инструментам, используемым в экстремальных условиях эксплуатации продления срока службы инструментов, широко используются защитные покрытия. В данной работе исследуются физические закономерности получения покрытий MeN (Me = Zr, Cr, Mo, Nb) многослойных нанокомпозитов на основе WN, а также влияние на микроструктуру, фазовый состав, а также механические и трибологические свойства. Многослойные покрытия WN/MoN являются новой сферой применения, и для производства этих покрытий впервые используется катодно-дуговое физическое осаждение из паровой фазы (CA-PVD). Кроме того, проводятся расчеты из первых принципов для лучшего понимания свойств осажденных мультислоев. Наблюдаются две микроструктуры покрытия с различными типами решетки: (i) гранецентрированная кубическая и (ii) комбинация гексагональной и ГЦК. Среди исследованных систем WN/NbN демонстрирует превосходные свойства, включая самую низкую удельную скорость изнашивания (1,7 × 10-6 мм3/Нм), высокую твердость и заметный индекс пластичности. Отличные трибологические характеристики можно объяснить такими факторами, как низкая шероховатость поверхности, высокая упругая деформация до разрушения, образование трибопленок Nb2O5 и WO3 во время скольжения, пластичное поведение NbN и структура нанокомпозита.

Об авторах

А. Касымбаев
Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева
Казахстан

Алексей Касымбаев – докторант 

ResearcherID FCC-1652-2022, Scopus Author ID 57424022400

 070004, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Протозанова 69 



К. Смирнова
Сумской государственный университет
Украина

Катерина Смирнова – докторант, кафедра наноэлектроники и модификации поверхности 

 40007, Украина, г. Сумы ул. Римского-Корсакова 2.



А. Погребняк
Сумской государственный университет
Украина

Александр Дмитриевич Погребняк – доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой наноэлектроники и модификации поверхности 

40007, Украина, г. Сумы ул. Римского-Корсакова 2



Список литературы

1. Barshilia H.C. Structure, hardness and thermal stability of nanolayered TiN/CrN multilayer coatings / H.C. Barshilia, A. Jain, K.S. Rajam // Vacuum. – 2003. – Vol. 72, № 3. – P. 241-248.

2. Pogrebnjak A. Nanocomposite Multilayer Binary Nitride Coatings Based on Transition and Refractory Metals: Structure and Properties / A. Pogrebnjak, K. Smyrnova, O. Bondar // Coatings. – 2019. – Vol. 9, № 3. – P. 155.

3. Microstructure, Mechanical and Tribological Properties of Advanced Layered WN/MeN (Me = Zr, Cr, Mo, Nb) Nanocomposite Coatings / K. Smyrnova et al. // Nanomaterials. – 2022. – Vol. 12, № 3. – P. 395.

4. Structural Phase Transformations in Detonation Coatings Based on Ti3SiC2 after Pulse-Plasma Effect / B. Rakhadilov et al. // Crystals (Basel). – 2022. – Vol. 12, № 10. – P. 1388.

5. Structural, mechanical and tribocorrosion behaviour in artificial seawater of CrN/AlN nanomultilayer coatings on F690 steel substrates / F. Ma et al. // Appl Surf Sci. – 2018. – Vol. 428. – P. 404-414.

6. Mechanical and tribological properties of TiN/Ti multilayer coating / Y.H. Cheng et al // Surf Coat Technol. – 2010. – Vol. 205, № 1. – P. 146-151.

7. Microstructures and properties of Zr/CrN multilayer coatings fabricated by multi-arc ion plating / X. Guan et al // Tribol Int. – 2017. – Vol. 106. – P. 78-87.

8. Tribology of multilayer coatings for wear reduction: A review / M. Khadem et al. // Friction. – 2017. – Vol. 5, № 3. – P. 248-262.

9. Toughness enhancement in hard ceramic thin films by alloy design / H. Kindlund et al // APL Mater. – 2013. – Vol. 1, № 4.

10. Investigation of wear dynamics for cutting tools with multilayer composite nanostructured coatings in turning constructional steel / A. Vereschaka et al. // Wear. – 2019. – Vol. 420-421. – P. 17-37.

11. Structures and properties of hard and superhard nanocomposite coatings / A.D. Pogrebnyak et al // Physics-Uspekhi. – 2009. – Vol. 52, № 1. – P. 29-54.

12. Needham P. The source of chemical bonding / P. Needham // Studies in History and Philosophy of Science Part A. – 2014. – Vol. 45. – P. 1-13.

13. Gaffney J.S. Chemical Bonding – The Formation of Materials / J.S. Gaffney, N.A. Marley // General Chemistry for Engineers. – 2018. – P. 75-116.

14. Mechanical properties of boron nitride thin films prepared by atomic layer deposition / M. Weber et al // CrystEngComm. – 2017. – Vol. 19, № 41. – P. 6089-6094.

15. Novel and Facile Route for the Synthesis of Tunable Boron Nitride Nanotubes Combining Atomic Layer Deposition and Annealing Processes for Water Purification / M. Weber et al // Adv Mater Interfaces. – 2018. – Vol. 5, № 16.

16. Stephanos J.J. Chemical Bonding / J.J. Stephanos, A.W. Addison // Electrons, Atoms, and Molecules in Inorganic Chemistry. – 2017. – P. 147-226.

17. Mayrhofer P.H. Self‐Organized Nanostructures in Hard Ceramic Coatings / P.H. Mayrhofer, C. Mitterer, H. Clemens // Adv Eng Mater. – 2005. – Vol. 7, № 12. – P. 1071-1082.

18. Tribological properties and oxidation resistance of tungsten and tungsten nitride films at temperatures up to 500 °C / D. Javdošňák et al // Tribol Int. – 2019. – Vol. 132. – P. 211-220.

19. Influence of process parameters on properties of reactively sputtered tungsten nitride thin films / M.L. Addonizio et al // Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. – 2012. – Vol. 30, № 3.

20. Microstructure, mechanical and tribological properties of CrN/W2N multilayer films deposited by DC magnetron sputtering / R.L. Li et al // Surf Coat Technol. – 2009. – Vol. 204, № 4. – P. 470-476.

21. Tsai Y.-Z. Thermal stability and microstructure characterization of CrN/WN multilayer coatings fabricated by ion-beam assisted deposition / Y.-Z. Tsai, J.-G. Duh // Surf Coat Technol. – 2005. – Vol. 200, № 5-6. – P. 1683-1689.

22. Tsai Y.-Z. Tribological behavior of CrN/WN multilayer coatings grown by ion-beam assisted deposition / Y.-Z.Tsai, J.-G. Duh // Surf Coat Technol. – 2006. – Vol. 201, № 7. – P. 4266-4272.

23. Wu F.-B. Manufacture, microstructure and mechanical properties of CrWN and CrN/WN nanolayered coatings / F.-B. Wu, S.-K. Tien, J.-G. Duh // Surf Coat Technol. – 2005. – Vol. 200, № 5-6. – P. 1514-1518.

24. Influence of Ar/N2 flow ratio on structure and properties of nanoscale ZrN/WN multilayered coatings / M.X. Wang et al // Surf Coat Technol. – 2007. – Vol. 201, № 9-11. – P. 5472-5476.

25. Characteristics of TiN/W 2 N multilayers prepared using magnetron sputter deposition with dc and pulsed dc powers / C.-L. Chang et al // Surf Coat Technol. – 2016. – Vol. 303. – P. 25-31.

26. Toughness enhancement in TiN/WN superlattice thin films / J. Buchinger et al // Acta Mater. – 2019. – Vol. 172. – P. 18-29.

27. Ye F. The elevated-temperature wear properties of TiN and TiN/W 2 N coatings / F. Ye, H. Zhao, X. Tian // Mater Res Express. – 2018. – Vol. 5, № 10. – P. 106404.

28. Zhao H. Compared the oxidation behavior of TiN and TiN/W2N ceramic coatings during heat treatment / H. Zhao, P. Mi, F. Ye // Mater Chem Phys. – 2018. – Vol. 217. – P. 445-450.

29. Panda R.N. Synthesis of High Surface Area W 2 N and Co–W–N Nitrides by Chemical Routes / R.N. Panda, S.B. Dalavi, J. Theerthagiri // Adsorption Science & Technology. – 2012. – Vol. 30, № 4. – P. 345-354.

30. Polcar T. Structural and tribological characterization of tungsten nitride coatings at elevated temperature / T. Polcar, N.M.G. Parreira, A. Cavaleiro // Wear. – 2008. – Vol. 265, № 3-4. – P. 319-326.

31. Introduction to solar energy and its conversion into electrical energy by using dye-sensitized solar cells / N.H. Rased et al // Energy Materials. – 2021. – P. 139-178.

32. Molybdenum Nitride Films: Crystal Structures, Synthesis, Mechanical, Electrical and Some Other Properties / I. Jauberteau et al // Coatings. – 2015. – Vol. 5, № 4. – P. 656-687.

33. Balasubramanian K. Phase stability and mechanical properties of Mo1- x N x with 0 ≤ x ≤ 1 / K. Balasubramanian, L. Huang, D. Gall // J Appl Phys. – 2017. – Vol. 122, № 19.

34. The Effect of Substrate Treatment on the Properties of TiAlSiYN/CrN Nanocomposite Coatings / A. Pogrebnjak et al // Surfaces and Interfaces. – 2022. – Vol. 30. – P. 101902.

35. Effects of RF magnetron sputtering power on the structure and nanohardness of high-entropy alloys (TiVCrNbSiTaBY)N hard coatings / X. Zhang et al // Ceram Int. – 2023. – Vol. 49, № 20. – P. 33418-33424.

36. Phase composition and mechanical properties of homostructure NbN nanocomposite coatings deposited by modulated pulsed power magnetron sputtering / Y.G. Li et al // Surf Coat Technol. – 2020. – Vol. 385. – P. 125387.

37. Structure and properties of NbN/MoN nano-multilayer coatings deposited by magnetron sputtering / T. Wang et al // J Alloys Compd. – 2017. – Vol. 729. – P. 942-948.

38. Insights into surface modification and erosion of multi-element arc cathodes using a novel multilayer cathode design / M. Golizadeh et al // J Appl Phys. – 2020. – Vol. 127, № 11.

39. Anders A. Unfiltered and Filtered Cathodic Arc Deposition / A. Anders // Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings. – 2010. – P. 466-531.


Рецензия

Для цитирования:


Касымбаев А., Смирнова К., Погребняк А. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ WN/ZrN КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ВАКУУМНОГО ДУГОВОГО ОСАЖДЕНИЯ. Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. 2024;1(2(14)):462-470. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2024-2(14)-56

For citation:


Kasymbaev A., Smirnova K., Pogrebnyak A. PHYSICAL PATTERNS OF OBTAINING WN/ZrN COMPOSITE COATINGS BY THE METHOD OF VACUUM ARC DEPOSITION. Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences. 2024;1(2(14)):462-470. (In Russ.) https://doi.org/10.53360/2788-7995-2024-2(14)-56

Просмотров: 370

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2788-7995 (Print)
ISSN 3006-0524 (Online)
X